CN212656949U - 一种静压气浮直线往复压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静压气浮直线往复压缩机，包括压力壳、气缸体、活塞、电机组件及柔性悬挂组件，气缸体将压力壳内部分隔成两个腔体，包括压缩腔和背压腔，活塞内部设有高压腔和低压腔，活塞外壁上设有两条周向布置的汇流槽及周向间隔布置的两圈一号通气孔、两圈二号通气孔、一圈三号通气孔和一圈四号通气孔，气缸体内壁上周向间隔布置有一圈五号通气孔及一圈六号通气孔，柔性悬挂组件用于将活塞与气缸体的周向位置固定，该压缩机将低压腔对背压腔的泄压方式设计为孔对孔型式，抑制背压腔对低压腔的倒灌以及对气膜主流向的扰动，通过柔性悬挂组件将活塞与气缸体的周向位置固定，保证了恶劣工况气浮结构中孔与孔的精准对应。

Description

一种静压气浮直线往复压缩机

技术领域

本实用新型涉及活塞式压缩机技术领域，尤其是一种静压气浮直线往复压缩机。

背景技术

气体或者蒸汽压缩过程广泛存在于制冷、化工、工业制造等行业。在此背景下，诞生了种类繁多的容积型、速度型压缩机，其中活塞式压缩机是容积型压缩机的典型型式，因结构相对简单，制造工艺成熟，是中小型压缩机中性价比较高的种类。活塞压缩机普遍会适配旋转电机，采用曲柄连杆、斜盘等传动系将电机的功率传递给往复运动的活塞，但此类压缩机都需要添加润滑油保证摩擦副的正常工况。在回热式气体制冷机(斯特林、脉管等)以及压缩化学性质活泼的气体，如氧气时，必须隔离摩擦副润滑油脂，防止其进入气缸压缩区；或者采用无油润滑压缩机。采用以柔性弹簧支撑，直线往复电机驱动活塞的压缩机可以做到完全无油，此类压缩机在回热式低温制冷机中有广泛应用；其采用动密封保持工作腔与压力壳其它区域间的工作压差，而气缸和运动活塞间的气隙一般要小于0.04mm才能保证动密封的有效性。在现场环境应用中，特别是车载、船用等存在振动冲击的场合，如此小的运动间隙不可避免的会出现气缸与活塞间的接触，时间累积会引起机器失效。为提高压缩机寿命，诞生了集成气体轴承或者磁悬浮轴承的压缩机。气体轴承分为两大类：静压气浮轴承和动压气浮轴承。相对而言，静压轴承适合集成于直线动子，动压轴承适合集成于旋转动子。

美国专利，授权公告号5140905，公开了集成双作用静压气浮轴承的直线往复压缩机，为与本专利最接近的技术方案，该双作用气浮结构中客观存在非理想的寄生工质迁移。在压缩机工作时，高压腔维持压力处于均压之上、最高压力之下的准静态水平，低压腔维持压力处于均压之下、最低压力之上的准静态水平。背压腔压力处于最高压力和最低压力之间周期波动，在周期中的大部分时间，背压腔中的压力会比低压腔压力高，导致背压腔工质通过孔、沿气隙流入槽中，通过孔倒灌进入低压腔，导致低压腔压力上升，降低气膜承载能力。此外，处于活塞中间位置的泵气孔也会让背压腔压力波动对气膜从高压腔流向低压腔的主流向产生扰动，而且，背压腔对高压腔的泵气是通过孔对孔实现的，对孔在运动中的周向位置有对准要求。当机器处于随机摇摆、振动、冲击的恶劣应用场景中，气缸上的孔与动子上的孔的相对角度难以严格稳定，一旦出现明显偏移气浮效应就会失效且结构上不存在自动回复的机制。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提出了一种静压气浮直线往复压缩机，该压缩机将低压腔对背压腔的泄压方式设计为孔对孔型式，将汇流槽设计为周向非连续型式，抑制背压腔对低压腔的倒灌以及对气膜主流向的扰动，同时设置柔性悬挂组件，通过柔性悬挂组件将活塞与气缸体的周向位置固定，保证了恶劣工况气浮结构中孔与孔的精准对应。

一种静压气浮直线往复压缩机，包括压力壳、气缸体、活塞、电机组件及柔性悬挂组件，所述电机组件包括环形磁钢、电机线圈、电机内铁轭、电机外铁轭及磁钢骨架，所述环形磁钢设于电机内铁轭和电机外铁轭之间，通过磁钢骨架与活塞固定连接；所述气缸体将压力壳内部分隔成两个腔体，包括压缩腔和背压腔，所述活塞内部设有高压腔和低压腔，所述活塞外壁上设有两条周向布置的汇流槽及周向间隔布置的两圈一号通气孔、两圈二号通气孔、一圈三号通气孔和一圈四号通气孔，所述气缸体内壁上周向间隔布置有一圈五号通气孔及一圈六号通气孔，所述一号通气孔设于汇流槽内，与低压腔连通，所述二号通气孔设于两条汇流槽之间，二号通气孔与三号通气孔均与高压腔连通，所述三号通气孔和五号通气孔靠近压缩腔设置，所述四号通气孔和六号通气孔靠近背压腔设置，所述五号通气孔离三号通气孔的距离小于活塞单边行程，静态下，五号通气孔离背压腔的距离小于三号通气孔离背压腔的距离，背压腔对高压腔的泵气通过五号通气孔与三号通气孔的交汇实现，此时，五号通气孔和三号通气孔一一对应，所述四号通气孔也与低压腔连通，六号通气孔离四号通气孔的距离小于活塞单边行程，静态下，四号通气孔离背压腔的距离小于六号通气孔离背压腔的距离，所述低压腔对背压腔的泄压通过六号通气孔与四号通气孔的交汇实现，此时，六号通气孔和四号通气孔一一对应，所述柔性悬挂组件用于将活塞与气缸体的周向位置固定。

作为上述技术方案的优选，所述汇流槽是周向非连续的，所述三号通气孔设置在靠近压缩腔的汇流槽的非连续区段，且相较于该汇流槽更靠近压缩腔；所述四号通气孔设置在靠近背压腔的汇流槽的非连续区段，且相较于该汇流槽更靠近背压腔。

作为上述技术方案的优选，所述柔性悬挂组件包括支撑柱、柔性板弹簧、一号紧固件及二号紧固件，所述支撑柱穿过磁钢骨架上的开孔，一端与气缸体的端部平面接触，另一端与柔性板弹簧平面接触，所述一号紧固件将柔性板弹簧中部固定于活塞尾部，二号紧固件将柔性板弹簧边缘及支撑柱压紧于气缸体。

作为上述技术方案的优选，所述支撑柱设有多组，沿着活塞的圆周均匀分布。

本实用新型的有益效果在于：

该压缩机可以有效消除活塞与气缸体之间的运动磨损，且不需要添加润滑油，适用于禁油、有冲击振动、要求长寿命的压缩机应用场景；优化了泵气方式、泄压方式和各个通气孔的位置关系，将低压腔对背压腔的泄压方式设计为孔对孔型式，汇流槽设计为周向非连续型式，抑制背压腔对低压腔的倒灌；外移进气口，减小了背压腔压力波动对气膜主流向的扰动；同时，通过柔性悬挂组件实现了气缸体上的孔与活塞上的孔的精确定位，提高压缩机对恶劣环境的适应性。

附图说明

图1为本实用新型的剖面图。

图2为活塞立体图。

图3为柔性悬挂组件与活塞的安装结构示意图。

附图标记如下：1-压力壳、2-气缸体、3-活塞、4-环形磁钢、5-电机线圈、6-电机内铁轭、7-电机外铁轭、8-磁钢骨架、9-压缩腔、10-背压腔、11-高压腔、12-低压腔、13-汇流槽、14-一号通气孔、15-二号通气孔、16-三号通气孔、17-四号通气孔、18-五号通气孔、19-六号通气孔、20-支撑柱、21-柔性板弹簧、22-一号紧固件、23-二号紧固件、24-吸排气阀板。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实施例。

如图1至图3所述的一种静压气浮直线往复压缩机，包括压力壳1、气缸体2、活塞3、电机组件及柔性悬挂组件，所述电机组件包括环形磁钢4、电机线圈5、电机内铁轭6、电机外铁轭7及磁钢骨架8，所述环形磁钢8设于电机内铁轭6和电机外铁轭7之间，通过磁钢骨架8与活塞3固定连接；所述气缸体2将压力壳1内部分隔成两个腔体，包括压缩腔9和背压腔10，所述活塞3内部设有高压腔11和低压腔12，所述活塞3外壁上设有两条周向布置的汇流槽13及周向间隔布置的两圈一号通气孔14、两圈二号通气孔15、一圈三号通气孔16和一圈四号通气孔17，所述气缸体2内壁上周向间隔布置有一圈五号通气孔18及一圈六号通气孔19，所述一号通气孔14设于汇流槽13内，与低压腔12连通，所述二号通气孔15设于两条汇流槽13之间，二号通气孔15与三号通气孔16均与高压腔11连通，所述三号通气孔16和五号通气孔18靠近压缩腔9设置，所述四号通气孔17和六号通气孔19靠近背压腔10设置，所述五号通气孔18离三号通气孔16的距离小于活塞3单边行程，静态下，五号通气孔18离背压腔10的距离小于三号通气孔16离背压腔10的距离，背压腔10对高压腔11的泵气通过五号通气孔18与三号通气孔16的交汇实现，此时，五号通气孔18和三号通气孔16一一对应，所述四号通气孔17也与低压腔12连通，六号通气孔19离四号通气孔17的距离小于活塞3单边行程，静态下，四号通气孔17离背压腔10的距离小于六号通气孔19离背压腔10的距离，所述低压腔12对背压腔10的泄压通过六号通气孔19与四号通气孔17的交汇实现，此时，六号通气孔19和四号通气孔17一一对应，所述柔性悬挂组件用于将活塞与气缸体的周向位置固定。

在本实施例中，所述汇流槽113是周向非连续的，所述三号通气孔16设置在靠近压缩腔9的汇流槽13的非连续区段，且相较于该汇流槽13更靠近压缩腔9；所述四号通气孔17设置在靠近背压腔10的汇流槽13的非连续区段，且相较于该汇流槽13更靠近背压腔10。

在本实施例中，所述柔性悬挂组件包括支撑柱20、柔性板弹簧21、一号紧固件22及二号紧固件23，所述支撑柱20穿过磁钢骨架8上的开孔，一端与气缸体2的端部平面接触，另一端与柔性板弹簧21平面接触，所述一号紧固件22将柔性板弹簧21中部固定于活塞3尾部，二号紧固件23将柔性板弹簧21边缘及支撑柱20压紧于气缸体2。

在本实施例中，所述支撑柱20设有多组，沿着活塞3的圆周均匀分布。

本实施例中，压力壳1、气缸体2、活塞3及电机组件为压缩机的常规构件，其连接关系为现有技术，故不在此做详细描述，本实施例相对于最接近的现有技术(美国专利，授权公告号5140905)的改进点在于：1、汇流槽13设计为周向非连续型式，抑制背压腔10内气体通过气缸体2上面的通气孔发生非理想寄生流动；2、优化了泄压方式和各个通气孔的位置关系，将低压腔12对背压腔10的泄压方式设计为孔对孔型式，抑制背压腔10对低压腔12的倒灌；3、外移进气口，减小了背压腔10压力波动对气膜主流向的扰动；4、通过柔性悬挂组件实现了气缸体2上的孔与活塞3上的孔的精确定位，提高压缩机对恶劣环境的适应性。其对应的具体操作方式为：1、三号通气孔16设置在靠近压缩腔9的汇流槽13的非连续区段，且相较于该汇流槽13更靠近压缩腔9；四号通气孔17设置在靠近背压腔10的汇流槽13的非连续区段，且相较于该汇流槽13更靠近背压腔10；2、四号通气孔17和六号通气孔19靠近背压腔10设置，六号通气孔19离四号通气孔17的距离小于活塞3单边行程，静态下，四号通气孔17离背压腔10的距离小于六号通气孔19离背压腔10的距离，所述低压腔12对背压腔10的泄压通过六号通气孔19与四号通气孔17的交汇实现，此时，六号通气孔19和四号通气孔17一一对应；3、三号通气孔16和五号通气孔18靠近压缩腔9设置，五号通气孔18离三号通气孔16的距离小于活塞3单边行程，静态下，五号通气孔18离背压腔10的距离小于三号通气孔16离背压腔10的距离，背压腔10对高压腔11的泵气通过五号通气孔18与三号通气孔16的交汇实现，此时，五号通气孔18和三号通气孔16一一对应，可以有效保证气膜的流向，维持稳定的气膜支撑力；4、支撑柱20穿过磁钢骨架8上的开孔，一端与气缸体2的端部平面接触，另一端与柔性板弹簧21平面接触，一号紧固件22将柔性板弹簧21中部固定于活塞3尾部，二号紧固件23将柔性板弹簧21边缘及支撑柱20压紧于气缸体2，柔性板弹簧21会固定活塞3周向运动的自由度，实现精确的孔对孔定位，其弹性力对活塞3往复运动的弹性回复力有贡献。

本压缩机根据连接的使用设备不同，压力壳1位于压缩腔9的一侧可以设计为开口或者安装吸排气阀板24，便于连接外部设备。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种静压气浮直线往复压缩机，其特征在于：包括压力壳、气缸体、活塞、电机组件及柔性悬挂组件，所述电机组件包括环形磁钢、电机线圈、电机内铁轭、电机外铁轭及磁钢骨架，所述环形磁钢设于电机内铁轭和电机外铁轭之间，通过磁钢骨架与活塞固定连接；所述气缸体将压力壳内部分隔成两个腔体，包括压缩腔和背压腔，所述活塞内部设有高压腔和低压腔，所述活塞外壁上设有两条周向布置的汇流槽及周向间隔布置的两圈一号通气孔、两圈二号通气孔、一圈三号通气孔和一圈四号通气孔，所述气缸体内壁上周向间隔布置有一圈五号通气孔及一圈六号通气孔，所述一号通气孔设于汇流槽内，与低压腔连通，所述二号通气孔设于两条汇流槽之间，二号通气孔与三号通气孔均与高压腔连通，所述三号通气孔和五号通气孔靠近压缩腔设置，所述四号通气孔和六号通气孔靠近背压腔设置，所述五号通气孔离三号通气孔的距离小于活塞单边行程，静态下，五号通气孔离背压腔的距离小于三号通气孔离背压腔的距离，背压腔对高压腔的泵气通过五号通气孔与三号通气孔的交汇实现，此时，五号通气孔和三号通气孔一一对应，所述四号通气孔也与低压腔连通，六号通气孔离四号通气孔的距离小于活塞单边行程，静态下，四号通气孔离背压腔的距离小于六号通气孔离背压腔的距离，所述低压腔对背压腔的泄压通过六号通气孔与四号通气孔的交汇实现，此时，六号通气孔和四号通气孔一一对应，所述柔性悬挂组件用于将活塞与气缸体的周向位置固定。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述汇流槽是周向非连续的，所述三号通气孔设置在靠近压缩腔的汇流槽的非连续区段，且相较于该汇流槽更靠近压缩腔；所述四号通气孔设置在靠近背压腔的汇流槽的非连续区段，且相较于该汇流槽更靠近背压腔。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：所述柔性悬挂组件包括支撑柱、柔性板弹簧、一号紧固件及二号紧固件，所述支撑柱穿过磁钢骨架上的开孔，一端与气缸体的端部平面接触，另一端与柔性板弹簧平面接触，所述一号紧固件将柔性板弹簧中部固定于活塞尾部，二号紧固件将柔性板弹簧边缘及支撑柱压紧于气缸体。

4.根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于：所述支撑柱设有多组，沿着活塞的圆周均匀分布。

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